基于恩智浦LPC2478的家庭智能安全報警系統(tǒng)的設(shè)計

概述

　　目前市場上出現(xiàn)的智能報警系統(tǒng)性能較為單一，價格昂貴，一些系統(tǒng)往往是在門窗被破壞的時候才發(fā)出警報通知主人或報警中心，且響應(yīng)都需要一些時間，而時間越久就對家里的財物越危險。安防的最好方法則是當(dāng)不法分子有入侵企圖時就發(fā)出語音警報，增加其心理壓力，迫使其自動離開，而且當(dāng)這種方法失效時，還可以通過記錄入侵時間，以發(fā)送短消息的方式通知主人或報警中心。本方案正是基于此思想，當(dāng)有人體在門外活動時，熱釋電紅外傳感器探測到的信號經(jīng)專用芯片處理后送給基于ARM7的主控制器 LPC2478，主控制器依據(jù)信號時間的長短發(fā)出一般提示或警告提示指令，同時警告信息會以短消息的形式發(fā)送到戶主手機(jī)上，以便戶主在第一時間報警。該方案智能化高、使用簡單，不需要戶主進(jìn)行復(fù)雜的操作，十分適合一般家庭的使用。

系統(tǒng)原理

　　在系統(tǒng)工作前，戶主先根據(jù)自己家庭所處環(huán)境及人流情況，通過鍵盤設(shè)置最佳報警響應(yīng)時間。當(dāng)整個系統(tǒng)開始工作后，熱釋電紅外傳感器RE200B會對探測范圍內(nèi)的紅外信號不斷地進(jìn)行采集，當(dāng)有人體出現(xiàn)時，經(jīng)信號處理芯片BISS0001處理后會有一高電平輸出給主控制器——基于ARM7架構(gòu)的LPC2478。當(dāng)高電平的持續(xù)時間在最佳報警時間以內(nèi)，則系統(tǒng)會對門外人員發(fā)出一般語音提示，如“請按動門鈴”;當(dāng)超出最佳報警時間時，系統(tǒng)則會發(fā)出警告語音提示，同時開始啟動短信發(fā)送模塊向戶主手機(jī)發(fā)送報警短信，報警短信的等級則會根據(jù)超出最佳報警時間的長短一步步升級。LPC2478提供的IIS音頻總線接口可以作為一個編解碼接口與外部8/16位立體聲音頻編解碼芯片——UDA1341TS相連，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的語音報警模塊。短信發(fā)送模塊采用西門子公司的TC35i模塊，通過移動運(yùn)營商的GSM無線網(wǎng)絡(luò)，由主控制器控制其警報短信的發(fā)送。在該系統(tǒng)中采用外接存儲單元——SD卡，容量大、價格低，使用方便，正常提示和報警提示的語音信息以及短信的發(fā)送內(nèi)容均預(yù)存儲在該卡中。采用LPC2478作為該系統(tǒng)的主控制器，可以減少外部芯片的使用，從而使體積減小，功耗降低。

硬件部分

　　家庭智能安全報警系統(tǒng)的硬件部分主要由報警信號采集和處理模塊、主控制模塊、語音報警模塊、短消息發(fā)送模塊和預(yù)設(shè)信息存儲模塊五部分組成，系統(tǒng)總框圖見圖1。主控制模塊控制其他4個模塊的工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。

　　主控制模塊采用基于ARM7TDMI—S內(nèi)核的微控制器LPC2478，集成度非常高。內(nèi)嵌98K的片內(nèi)靜態(tài)RAM和512KB的片內(nèi)FLASH存儲器，片內(nèi)集成ADC、DAC轉(zhuǎn)換器、看門狗、實(shí)時時鐘RTC、1個IIS音頻接口、3個IIC接口、4個UART接口等資源，方便擴(kuò)展IIS接口、JTAG調(diào)試接口，外擴(kuò)芯片少，而且采用超小LQFP208封裝，整個系統(tǒng)微型化，而且電路簡單，降低了開發(fā)和生產(chǎn)成本。芯片可以實(shí)現(xiàn)最高72MHz的工作頻率，功能較強(qiáng)，能夠滿足嵌入式系統(tǒng)mC/OS-II的要求。

      報警信號采集和處理模塊主要由熱釋電紅外傳感器(PIR)RE200B和紅外傳感專用處理芯片BISS0001構(gòu)成。熱釋電紅外傳感器利用熱釋電效應(yīng)，以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。在?shí)際使用時在傳感器前安裝菲涅爾透鏡，可將檢測距離提高到10m以上。針對PIR信號變化緩慢、幅值小的特點(diǎn)，選用了BISS0001紅外信號專用芯片，該芯片內(nèi)部集成運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延時時間定時器和封鎖時間定時器，完全滿足紅外信號處理需要。RE200B的D、G、S端分別為電源端、地端和目標(biāo)輸出電壓端。BISS0001芯片的輸出信號VO送至主控制器，供其讀取，具體電路見圖2。

       語音報警模塊主要由NXP公司生產(chǎn)的一種支持IIS總線數(shù)據(jù)格式的音頻編解碼芯片UDA1341TS組成。IIS是SONY和NXP等公司共同推出的一種主要針對數(shù)字音頻處理技術(shù)和設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口，它將音頻數(shù)據(jù)和時鐘信號分離，從而避免了由時鐘帶來的抖動問題，系統(tǒng)中不再需要消除抖動的器件。UDA1341TS的IIS總線接口信號線為：位時鐘輸入BCK、字選擇輸入WS、數(shù)據(jù)輸入DATAI、數(shù)據(jù)輸出DATAO和音頻系統(tǒng)時鐘SYSCLK信號線。主控制器LPC2478提供了IIS總線接口發(fā)送和接收共兩組六根信號線，即IISRX_CLK、IISRX_WS、IISRX_SDA、IISTX_CLK、IISTX_WS、IISTX_SDA，具體電路見圖3。

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　　短消息發(fā)送模塊則由西門子公司的TC35i模塊組成。TC35i模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線結(jié)構(gòu)六部分組成。為了方便調(diào)試，我們購置了一款基于TC35i 的GSM模塊開發(fā)設(shè)備，該開發(fā)設(shè)備上已經(jīng)預(yù)留出與主控制器進(jìn)行連接的接線端口即TXD、RXD、GND，只需將這三個接線端口分別與LPC2478的RXD、TXD、GND相連，就可以實(shí)現(xiàn)通過主控制器對模塊的控制，硬件連接非常簡單，可以加快開發(fā)的進(jìn)度。

      預(yù)設(shè)信息存儲模塊主要由SD卡構(gòu)成。LPC2478提供了SD/MMC卡主機(jī)控制器，因此在設(shè)計SD/MMC卡接口電路時，只需將這些接口相應(yīng)地接到SD/MMC卡座就可以了。SD/MMC接口電路見圖4。SD卡有兩種工作模式，即SD和SPI模式。在此設(shè)計中，我們選擇SPI模式，SD卡的SPI通道由以下4個信號組成：CS(片選)、CLK(時鐘)、DataIn(主機(jī)到卡的數(shù)據(jù)信號)和DataOut(卡到主機(jī)的數(shù)據(jù)信號)。CS是SD卡的片選信號線，在整個SPI操作過程中，必須保持低電平有效，CLK便于同步，DataIn不但傳輸數(shù)據(jù)，還發(fā)送命令，同樣DataOut除了發(fā)送數(shù)據(jù)外還傳送應(yīng)答信號。SD卡中主要用來存儲正常語音和報警語音信息以及預(yù)設(shè)的報警短消息。整個操作均由LPC2478來控制。

系統(tǒng)程序設(shè)計

　　本系統(tǒng)使用C語言進(jìn)行編程，全部為模塊化設(shè)計。

結(jié)語

　　本文介紹的普通家庭用智能安全報警系統(tǒng)，采用恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors)高度集成的LPC2478微處理器，芯片內(nèi)部集成IIS接口用于語音處理，SPI接口用于SD卡信息存取，UART接口則用于實(shí)現(xiàn)對GSM模塊的控制，該款芯片豐富的片上資源，極大滿足了設(shè)計要求，簡化了外圍電路。